CN101306981A - 醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，主要解决目前醋酸甲酯催化精馏水解工艺中流程复杂、能耗高的问题。本发明通过采用包括以下步骤：水和醋酸甲酯混合由塔顶进入催化精馏塔，塔顶全回流，塔釜得到甲醇、醋酸和水的混合物；该混合物进入脱醇塔，脱醇塔塔顶馏出液为甲醇水溶液，塔釜得到醋酸水溶液；甲醇水溶液进入醇精制塔，醇精制塔塔顶馏出液为甲醇，塔釜为废水；醋酸水溶液进入以苯、环己烷、醋酸异丙酯以及醋酸正丁酯中的一种为共沸剂的共沸精馏塔，在其塔顶分相器得到共沸剂和水的两相混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，在塔釜得到纯醋酸的技术方案较好地解决了该问题，可用于聚乙烯醇生产过程中回收副产物醋酸甲酯的工业生产中。

Description

醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法
技术领域
本发明涉及一种醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法。
背景技术
聚乙烯醇生产过程中有大量的副产物醋酸甲酯，据估计，每生产1吨聚乙烯醇将副产1.5～1.7吨的醋酸甲酯。由于醋酸甲酯工业用途小，需将其水解成醋酸和甲醇，经分离精制后，甲醇用于醋酸乙烯聚合工段，醋酸用于醋酸乙烯合成。以往国内外各生产厂家均采用以离子交换树脂为催化剂的固定床醋酸甲酯水解工艺。该工艺的缺点是单程转化率低(水解率只能达23％～24％)，大量未反应的醋酸甲酯需要回收循环，设备庞大，能耗高，并且水解产物的分离流程复杂。近年来，催化精馏水解醋酸甲酯工艺研究取得成功，并逐步应用于工业化生产。由于采用了反应精馏技术，反应物料在精馏过程中得以分离，产物及时从反应区移走，使反应过程总处在较高的醋酸甲酯浓度下，从而提高了水解率。工业化应用表明：醋酸甲酯水解率达到53％～57％，与固定床水解工艺相比，扩大了设备的处理能力，减少了催化剂的用量并降低了能耗。尽管如此，还是存在分离过程复杂和大量未水解的醋酸甲酯需要循环的问题。
中国专利文献CN1380273介绍了目前醋酸甲酯催化精馏水解工艺，国内最早采用醋酸甲酯催化精馏水解工艺的工业装置于2000年在福建纺织化纤集团有限公司建成并投产。该工艺主要由催化精馏塔、萃取精馏塔、脱醇塔、脱脂塔和共沸精馏塔组成，醋酸甲酯与从脱脂塔循环回的醋酸甲酯进入萃取精馏塔，塔顶馏出液为醋酸甲酯，塔釜得到甲醇水溶液，甲醇水溶液进入脱醇塔，塔顶馏出液为甲醇，塔釜得到水，循环回萃取精馏塔作溶剂，醋酸甲酯与水混合进入催化精馏塔，塔顶全回流，塔釜出料进入脱脂塔，塔顶馏出液为醋酸甲酯与甲醇混合物，塔釜得到醋酸水溶液，醋酸水溶液进入共沸精馏塔，塔顶馏出液为脱除的水，塔釜得到醋酸。由于工艺中萃取精馏塔醋酸甲酯水解仍然不完全，后续流程必须对醋酸甲酯进行回收利用，而醋酸甲酯、甲醇和水形成三元共沸物，使得其与甲醇和水分离困难，需要增加萃取精馏塔来实现分离，因此该技术存在流程复杂、能耗高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在现有技术醋酸甲酯催化精馏水解工艺中流程复杂、能耗高的问题，提供了一种新的醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，该方法具有流程简单、能耗低的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，包括以下步骤：a)水和醋酸甲酯混合由塔顶进入催化精馏塔，塔顶全回流，塔釜得到甲醇、醋酸和水的混合物；b)甲醇、醋酸和水的混合物进入脱醇塔，脱醇塔塔顶馏出液为甲醇水溶液，塔釜得到醋酸水溶液；c)甲醇水溶液进入醇精制塔，醇精制塔塔顶馏出液为甲醇，塔釜出料为废水；d)醋酸水溶液进入以苯、环己烷、醋酸异丙酯或醋酸正丁酯中的至少一种为共沸剂的共沸精馏塔，在其塔顶分相器得到共沸剂和水的两相混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，在塔釜得到纯醋酸。
在上述技术方案中，催化精馏塔的理论塔板数为15～50，其中反应段在塔上部，并占据整塔1/4～3/4的理论塔板，操作条件为：进料由塔顶进料，塔顶全回流，塔顶回流量与进料醋酸甲酯质量比2～10∶1，醋酸甲酯与水质量比1～5∶1，塔顶温度85～95℃，塔釜温度90～100℃；脱醇塔的理论塔板数为10～50，进料位置为塔的中下部，回流比为1～10，塔顶温度为64.7～95℃，塔釜温度为100～118℃；脱醇塔中的醇和酸完全分离，塔釜醋酸的质量百分浓度大于50％；醇精制塔的理论塔板数为10～40，进料位置为塔的中下部，回流比为2～7，塔顶温度为64.7～65.8℃，塔釜温度为99～105℃；共沸精馏塔的理论塔板数为10～50，醋酸水溶液进料位置为塔的中下部，回流比为0.5～4，塔顶温度为64～100℃，塔釜温度为115～118℃。
由于本发明醋酸甲酯在催化精馏塔中完全水解，不存在醋酸甲酯回收的问题，并采用共沸精馏分离醋酸和水，因此使得本发明工艺流程短，在适宜的操作条件下，其塔顶能耗比原工艺减少15％，塔釜能耗减少20％。
附图说明
图1为醋酸甲酯催化精馏水解的共沸工艺流程示意图。
图1中1为催化精馏塔，2为脱醇塔，3为醇精制塔，4为共沸精馏塔，5为混合器，6为水，7为醋酸甲酯，8为醋酸甲酯水溶液，9为甲醇、醋酸的水溶液，10为甲醇水溶液，11为醋酸水溶液，12为甲醇，13为废水，14为水，15为醋酸。
水6和醋酸甲酯7经混合器5混合成醋酸甲酯水溶液8后，由塔顶进入催化精馏塔1，塔顶全回流，塔釜得到甲醇、醋酸的水溶液9，甲醇、醋酸的水溶液9从脱醇塔2的中下部进入，塔顶馏出液为甲醇水溶液10，塔釜得到醋酸水溶液11，甲醇水溶液10从醇精制塔的中下部进入，塔顶馏出液为甲醇12，塔釜得到废水13，醋酸水溶液11从共沸精馏塔的中下部进入，塔顶采出为水相14，塔釜得到醋酸15。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但是，本发明的范围并不只限于实施例所覆盖的范围。
具体实施方式
【实施例1】
按图1所示流程：催化精馏塔的理论板数为15，其中塔上部10块理论板装填催化剂。醋酸甲酯和水分别以1千克/小时、1.4千克/小时的流量进入催化精馏塔，塔顶回流量为8千克/小时，控制塔顶温度为87～92℃，塔釜出料进入理论板数为50的脱醇塔，进料位置为第30块理论板，回流比为2，塔顶温度为80～85℃，塔顶馏出液为甲醇水溶液，塔釜出料为醋酸水溶液，甲醇水溶液进入醇精制塔，理论板数为15，进料位置为第10块塔板，回流比为6，控制塔顶温度为64.7～65.8℃，塔顶馏出液为甲醇，塔釜得到废水，醋酸水溶液进入共沸精馏塔，共沸剂为醋酸异丙酯，共沸剂与原料质量比为1.5，理论板数为15，原料进料位置为第10块理论板，共沸剂一次性从塔顶加入，回流比为4，控制塔釜温度为115～118℃，塔顶采出为水，塔釜得到醋酸，各物流的分析结果和各塔的能耗分别见表1和表2。
表1各物流的分析结果(质量％)
Figure A20071004070400051
表2各塔的能耗(兆焦/小时)
Figure A20071004070400052
【实施例2】
催化精馏塔的理论板数为45，其中塔上部12块理论板装填催化剂。醋酸甲酯和水分别以1千克/小时、1.2千克/小时的流量进入催化精馏塔，塔顶回流量为2千克/小时，控制塔顶温度为87～92℃，其它各塔的设备和操作参数如实施例1，各物流的分析结果和各塔的能耗分别见表3和表4。
表3各物流的分析结果(质量％)
Figure A20071004070400061
表4各塔的能耗(兆焦/小时)
Figure A20071004070400062
【实施例3】
只改变脱醇塔的条件，其它各条件如实施例1。脱醇塔的理论板数为10块，进料位置为第6块理论塔板，回流比为8，控制塔顶温度为80～85℃，稳定操作后，各物流的分析结果和各塔的能耗分别见表5和表6。
表5各物流的分析结果(质量％)
Figure A20071004070400063
表6各塔的能耗(兆焦/小时)
Figure A20071004070400071
【实施例4】
只改变共沸精馏塔的条件，其它各条件如实施例1。共沸精馏塔的共沸剂改为醋酸正丁酯，理论板数仍为45，原理进料位置为第30块塔板，回流比为1，控制塔釜温度为115～118℃，各物流的分析结果和各塔的能耗分别见表7和表8。
表7各物流的分析结果(质量％)
Figure A20071004070400072
表8各塔的能耗(兆焦/小时)
【比较例1】
采用专利CN1380273中的工艺流程，其中催化精馏塔的理论板数为15，其中塔上部8块理论板装填催化剂。醋酸甲酯和水分别以1千克/小时、0.4千克/小时的流量进入催化精馏塔，塔顶回流量为3千克/小时，塔釜出料进入理论板数为20的脱脂塔，进料位置为第15块理论板，回流比为3，塔顶馏出液混合回萃取精馏塔，萃取精馏塔的理论板数为20，溶剂进料位置为第3块塔板，原料进料为第12块塔板，回流比为2，塔顶馏出液醋酸甲酯进入催化精馏塔，塔釜出料进入脱醇塔，脱醇塔塔顶得到纯甲醇，塔釜为废水，脱脂塔的塔釜出料进入共沸精馏塔，共沸精馏塔的理论板数为20，进料位置为第13块塔板，共沸剂为醋酸异丙酯，塔顶分相器油相返回塔内，水相出料，塔釜得到醋酸(含水质量百分比0.02％)，各塔的能耗数据见表9。
表9各塔的能耗(兆焦/小时)
Figure A20071004070400081

Claims (6)

1、一种醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，包括以下步骤：
a)水和醋酸甲酯混合由塔顶进入催化精馏塔，塔顶全回流，塔釜得到甲醇、醋酸和水的混合物；
b)甲醇、醋酸和水的混合物进入脱醇塔，脱醇塔塔顶馏出液为甲醇水溶液，塔釜得到醋酸水溶液；
c)甲醇水溶液进入醇精制塔，醇精制塔塔顶馏出液为甲醇，塔釜出料为废水；
d)醋酸水溶液进入以苯、环己烷、醋酸异丙酯或醋酸正丁酯中的至少一种为共沸剂的共沸精馏塔，在其塔顶分相器得到共沸剂和水的两相混合物，水从塔顶采出，共沸剂返回塔内，在塔釜得到纯醋酸。
2、根据权利1所述醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，其特征在于催化精馏塔的理论塔板数为15～50，其中反应段在塔上部，并占据整塔1/4～3/4的理论塔板，操作条件为：进料由塔顶进料，塔顶全回流，塔顶回流量与进料醋酸甲酯质量比2～10∶1，醋酸甲酯与水质量比1～5∶1，塔顶温度85～95℃，塔釜温度90～100℃。
3、根据权利1所述醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，其特征在于脱醇塔的理论塔板数为10～50，进料位置为塔的中下部，回流比为1～10，塔顶温度为64.7～95℃，塔釜温度为100～118℃。
4、根据权利1所述醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，其特征在于脱醇塔中的醇和酸完全分离，塔釜醋酸的质量百分浓度大于50％。
5、根据权利1所述醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，其特征在于醇精制塔的理论塔板数为10～40，进料位置为塔的中下部，回流比为2～7，塔顶温度为64.7～65.8℃，塔釜温度为99～105℃。
6、根据权利1所述醋酸甲酯催化精馏水解的共沸方法，其特征在于共沸精馏塔的理论塔板数为10～50，醋酸水溶液进料位置为塔的中下部，回流比为0.5～4，塔顶温度为64～100℃，塔釜温度为115～118℃。
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